苯甲苯連續(xù)精餾塔機械設計

1、目目 錄錄第一章第一章 緒論緒論.11.1 設計題目.11.2 精餾及精餾流程.11.3 精餾的分類.11.4 精餾塔的工作原理.21.5 精餾操作的特點.21.6 塔板的類型與選擇.3第二章第二章 精餾塔的設計任務精餾塔的設計任務.42.1 精餾塔的工藝參數(shù).42.2 設計內(nèi)容.42.3 工藝流程設計方案.5第三章第三章 精餾塔的工藝設計計算精餾塔的工藝設計計算.63.1 設計方案確實定.63.2 精餾塔的物料衡算.63.2.1 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分數(shù).63.2.2 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質量.63.2.3 物料衡算.63.3 塔板數(shù)確實定.73.3.1 理論塔板數(shù)確實定

2、.73.3.2 求實際塔板數(shù).103.4 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算.103.4.1 操作壓力.103.4.2 操作溫度.103.4.3 平均摩爾質量.103.4.4 平均密度.113.4.5 液相平均外表張力.113.4.6 液相平均黏度.123.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計算.123.5.1 塔徑的計算.123.5.2 精餾塔有效高度的計算.133.6 塔板主要工藝尺寸的計算.143.6.1 溢流裝置計算.143.6.2 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列.163.7 塔板流體力學驗算.183.7.1 氣相通過浮閥塔板的壓降.183.7.2 淹塔.203.7.3 霧沫夾帶.203.8 塔板負

3、荷性能圖.223.8.1 霧沫夾帶線.223.8.2 液泛線.223.8.3 液相負荷上限線.233.8.4 漏液線.233.8.5 液相負荷下限線.243.9 計算結果匯總.25第四章第四章 精餾塔機械設計精餾塔機械設計.274.1 選材.274.2 塔器壁厚及質量計算.274.2.1 塔器壁厚計算.274.2.2 塔的質量計算.284.3 塔體強度與穩(wěn)定性校核.324.3.1 塔的根本自振周期計算.324.3.2 地震載荷計算.324.3.3 風載荷的計算.354.3.4 各種載荷引起的軸向應力.384.3.5 筒體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定性校核.404.3.6 筒體和裙座水壓試驗應力校

4、核.414.4 根底環(huán)厚度計算.434.5 地腳螺栓計算.444.5.1 地腳螺栓計算承受的最大壓力.444.5.2 地腳螺栓直徑.444.5.3 裙座與塔殼連接焊縫驗算.444.6 開孔與孔補強計算.454.6.1 填料上下塔段連接部位的補強計算.454.6.2 有效補強范圍.464.6.3 有效補強面積.464.7 接管的選用.474.8 接管法蘭的選取.48第五章第五章 塔設備的制造及安裝塔設備的制造及安裝.505.1 制造要求.505.2 組裝要求.515.3 封口前的檢查.52心得體會心得體會.53參考文獻參考文獻.55第一章 緒論1.1 設計題目設計題目苯甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設計浮

5、閥塔 精餾及精餾流程精餾及精餾流程精餾是多級別離過程，即同時進行屢次局部汽化和局部冷凝的過程。因此可是混合物得到幾乎完全的別離。精餾可視為由屢次蒸餾演變而來的。精餾操作廣泛用于別離純化各種混合物，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中尤為常見的單元操作?；こ僧a(chǎn)中，精餾主要用于以下幾種目的:1獲得餾出液塔頂?shù)漠a(chǎn)品；2將溶液多級別離后，收集餾出液，用于獲得甲苯，氯苯等；3脫出雜質獲得純潔的溶劑或半成品，如酒精提純，進行精餾操作的設備叫做精餾塔。精餾過程中采用連續(xù)精餾流程，原料液經(jīng)預熱器加熱到指定溫度后，送入精餾塔的進料板，在進料板上與自塔頂上部下降的回流液體集合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上

6、，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進行熱和質的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出局部液體作為塔底產(chǎn)品，局部汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中被全部冷凝，并將局部冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余局部經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，必須同時擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還有配原料液，預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現(xiàn)整個操作。1.3 精餾的分類精餾的分類按操作方式可分為:間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)精餾過程都是采用連續(xù)穩(wěn)定的操作過程?；ぶ械木s操作大多數(shù)是別離多組分溶液。多組分精餾的特點：能保證產(chǎn)品質量，滿足工藝要求，生

7、產(chǎn)能力大；流程短，設備投資費用少；耗能量低，收率高，操作費用低；操作管理方便。1.4 精餾塔的工作原理精餾塔的工作原理塔設備的工作原理是通過內(nèi)部結構使氣液兩相或液液之間充分接觸，實現(xiàn)質量傳遞和熱量傳遞。它是一種重要的單元操作設備，在石油化工、煉油、醫(yī)藥及環(huán)境保護等工業(yè)部門應用廣泛。蒸餾裝置包括精餾塔，原料預熱器，蒸餾釜再沸器 ，冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設備。蒸餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質量穩(wěn)定等優(yōu)點，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應性強等優(yōu)點，適合于小規(guī)模、多品種或多種組分物系的初步別離。本設計主要內(nèi)容，主要

8、是工藝設計局部，塔板的類型和選擇、操作壓力的選擇、精餾塔的物料衡算、確定塔高、塔徑、理論塔板數(shù)、全塔效率、塔頂及塔底產(chǎn)品的預分配、溢流裝置的設計、塔板流體力學驗算、氣相通過篩板塔的壓強降等。本次設計的題目是苯甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設計，選用篩板式塔。此塔具有生產(chǎn)能力較大、操作彈性大、液面落差也較小、壓力降小、結構簡單、造價低等特點，開展前途廣泛，主要應用于石油、化工、輕工、醫(yī)藥及環(huán)境保護等領域。1.5 精餾操作的特點精餾操作的特點 從上述對精餾過程的簡單介紹可知，常見的精餾塔的兩端分別為汽化成分的冷凝和液體的沸騰的傳熱過程，精餾塔也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，精餾操作又有如下特點：1

9、)沸點升高 精餾的溶液中含有沸點不同的溶劑，在相同的壓力下溶液的蒸汽壓較同溫度下純?nèi)軇┑钠瘔旱?，使溶液的沸點高于醇溶液的沸點，這種現(xiàn)象稱為沸點的升高。在加熱汽化溫度一定的情況下，汽化溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儨夭?，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。2)物料的工藝特性 精餾溶液本身具有某些特性，如某些物料在參加到溶液中時可與溶液中的某一組分或幾組分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工藝要求，選擇適宜的精流流程和設備是精餾操作彼此需要知道和必須考慮的問題。3)節(jié)約能源 精餾汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸汽。如何充分利用熱量提高加熱蒸汽的利用率是精餾操作需要考慮的另一個問題

10、。 塔板的類型與選擇塔板的類型與選擇 塔板是板式塔的主要構件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類 ，工業(yè)應用以錯流式 塔板為主，常用的錯流式塔板有：泡罩塔板、篩孔塔板和浮閥塔板。我們應用的是浮閥塔板，因為它是在泡罩塔板和篩孔塔板的根底上開展起來的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點。它具有結構簡單，制造方便，造價低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大，因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。第二章 精餾塔的設計任務2.1 精餾塔的工藝參數(shù)精餾塔的工藝參數(shù)1. 進精餾塔的料液含苯 35%(質量)，其余為甲苯。2. 產(chǎn)品的苯含量不得低于 98%質量 。3. 釜液

11、中苯含量不得高于 3.0%質量 。4. 生產(chǎn)能力為年8000 小時產(chǎn) 16 萬噸 98%質量的苯產(chǎn)品。5. 操作條件1精餾塔塔內(nèi)壓強 常壓2進料熱狀態(tài) 泡點3回流比 自選4加熱蒸汽 低壓飽和蒸汽5單板壓降 6塔頂壓強 35kPa表壓6. 設備型式 浮閥塔7.廠址為錦州地區(qū)。2.2 設計內(nèi)容設計內(nèi)容1.確定精餾裝置流程2.精餾塔的工藝設計塔板數(shù)根底數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論，塔板效率，實際塔板數(shù)，板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置，流體力學驗算，操作負荷性能圖及操作彈性等等。3. 精餾塔的機械設計選材，壁厚質量計算，載荷的校核，如地震載荷風彎距計算等，開孔補強等等。

12、4. 主要附屬設備設計計算及選型2.3 工藝流程設計工藝流程設計方案方案工藝流程：原料液由高位槽經(jīng)過預熱器預熱后進入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的從再沸器中取出局部液體作為塔底產(chǎn)品釜殘液再沸器中原料液局部汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或局部冷凝，然后進入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余局部經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設置原料槽。產(chǎn)品槽和相應的泵,有時還要設置高位槽。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應的措施，常在流程中的適當位置設置必要的儀表。比方流量計、溫度計和壓力表等

13、，以測量物流的各項參數(shù)。第三章 精餾塔的工藝設計計算3.1 設計方案確實定設計方案確實定 本設計任務為別離苯和甲苯二元混合物，故采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設計采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一局部回流至塔內(nèi)進一步精餾，其余局部作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬易別離物系，故采用的最小回流比擬小，操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲罐。3.2 精餾塔的物料衡算精餾塔的物料衡算3.2.1 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分數(shù)原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分數(shù)苯的摩爾質量 kmol/kg78A

14、M甲苯的摩爾質量 kmol/kg92BM 0.35 780.390.35 780.65 92Fx 0.98 780.9830.98 780.02 92Dx 0.03 780.0350.03 780.97 92Wx3.2.2 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質量原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質量0.39 780.61 9286.54FMkg / kmol0.983 780.017 9278.24DMkg / kmol0.035 780.965 9291.51WMkg / kmol3.2.3 物料衡算物料衡算原料處理量 2 104231.1186.54Fkmol/ h對苯進行物料衡算 231DW

15、0.9830.035231.11 0.3990.13DW聯(lián)立解得， 86.55kmol/ hD 144.45kmol/ hW 3.3 塔板數(shù)確實定塔板數(shù)確實定3.3.1 理論塔板數(shù)確實定理論塔板數(shù)確實定 苯-甲苯屬二元理想物系，采用圖解法求理論塔板數(shù)。苯-甲苯氣液平衡與溫度關系，見附表一表表 1-1-苯苯- -甲苯氣液平衡與溫度關系表甲苯氣液平衡與溫度關系表苯的摩爾分數(shù)苯的摩爾分數(shù)液相汽相溫度/C液相汽相溫度/C1由苯-甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)繪圖，見附圖 1。yx 附圖附圖 1 1(2) 求最小回流比和操作回流比 由附圖 1 可知 ，0.39qx 0.609qy 那么最小回流比為 min0.9830

16、.6091.710.6090.39DqqqxyRyx操作回流比 min1.52.56RR3 求精餾塔的汽液相負荷2.56 86.55221.57LRDkmol/ h(1)(2.56 1) 86.55308.12VRDkmol/ h221.57 1 231.11452.68LLqF kmol/ h(1)308.12VVq F）（h/kmol(4) 操作線方程精餾段操作線方程：12.5610.9830.720.28112.56 13.56DRyxxxxRR提餾段操作線方程：452.68144.450.0351.470.016308.12308.12WLWyxxxxVV5圖解法求理論塔板數(shù) 由附圖

17、1 可知，總理論塔板數(shù)，其中，不包括再沸器 。15TN ,7TN精,8TN提 (6) 估算全塔效率因塔頂為全凝器，那么塔頂?shù)谝粔K塔板處氣相組成 ，由附圖 1 知第10.983Dyx一塊塔板處液相組成，進料板處液相組成，氣相組成，塔10.958x 0.39Fx 0.609Fy 底液相組成 ，氣相組成 ，0.035Wx0.050Wy那么塔頂、進料板和塔底相對揮發(fā)度為 0.9580.9831 0.9581DD（） 0.390.60910.39(1)FF0.0350.0510.0351WW（）解得， 2.471D2.44F1.451W塔內(nèi)平均相對揮發(fā)度為 332.47 2.44 1.4512.06mD

18、FW 由氣液平衡數(shù)據(jù)估算溫度 ， ， 82DtC92FtC110WtC那么塔內(nèi)平均溫度 94110928233WFDmttttC進料液組成，在 94時苯和甲苯黏度分別為0.39Ax 0.61Bx C smPa26. 0AsmPa30. 0B 0.39 0.260.61 0.300.284LiiAABBxxx由法得全塔效率connellO0.250.250.49()0.49 (2.06 0.284)0.56omLE 3.3.2 求實際塔板數(shù)求實際塔板數(shù)精餾段塔板數(shù) ,8 0.5614.2815opTNNE精精提餾段塔板數(shù) ,7 0.5612.513opTNNE提提3.4 精餾塔的工藝條件及有關物

19、性數(shù)據(jù)的計算精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算3.4.1 操作壓力操作壓力塔頂操作壓力 101.3335136.33Dp kPa進料板處壓降 136.330.7 15146.83Fp kPa塔底壓降 136.330.7 (15 13)155.93WpkPa精餾段平均壓降 136.33 146.83141.582mpkPa3.4.2 操作溫度操作溫度 依據(jù)操作壓力，由泡點方程，通過試差計算出泡點溫度，其中，苯-甲苯的飽和蒸汽由安托尼方程計算，計算過程略，故塔頂、進料板和塔底溫度分別為： 82.5Dt C96.7Ft C115.6WtC精餾段平均溫度 82.596.289.3522DFmtttC

20、3.4.3 平均摩爾質量平均摩爾質量塔頂氣相和液相平均摩爾質量，其中，。10.983Dyx10.958x 0.958 780.042 9278.59LDmMkg / kmol0.983 780.017 9278.24VDmMkg / kmol進料板處氣相和液相平均摩爾質量，由附圖 1 知，。0.59Fy 0.37Fx 0.37 780.63 9286.82LFmMkg / kmol0.59 780.41 9283.74VFmMkg / kmol精餾段氣相和液相平均摩爾質量78.5986.8282.7122LDmLFmLmMMMkg / kmol78.2483.7480.9922VDmVFmVm

21、MMMkg / kmol3.4.4 平均密度平均密度1氣相平均密度由理想氣體狀態(tài)方程計算，即141.58 80.993.8048.314 (273.1589.4)mVmVmmp MRT3kg / m2液相平均密度 液相平均密度計算公式： iimw1塔頂液相平均密度：由 查得 ，。82.5Dt C3m/kg9 .812A3m/kg5 .809B塔頂液相的質量分數(shù) 91. 092079. 078921. 078921. 0Aw6 .8125 .80909. 09 .81291. 01LDm3kg / m進料板液相平均密度：由 查得，。96.7Ft C3m/kg0 .797A3m/kg2 .795B

22、進料板液相的質量分數(shù) 0.37 780.3320.37 780.63 92Aw1795.80.332 797.00.668 795.2LFm3kg / m精餾段液相平均密度： 812.8795.8804.322LDmLFmLm3kg / m3.4.5 液相平均外表張力液相平均外表張力液相平均外表張力計算公式： iiLmx塔頂液相平均外表張力：由 查得82.5Dt C，m/N102.213Am/N104.213B0.958 21.20.042 21.421.21LDm310 N / m進料板液相平均外表張力：由 查得96.7Ft C，m/N104 .193Am/N108 .193B0.37 19

23、.40.63 19.819.65LFm310 N / m精餾段液相平均外表張力： 21.21 19.6520.4322LDmLFmLm310 N / m3.4.6 液相平均黏度液相平均黏度液相平均黏度計算公式： iiLmxlglg塔頂液相平均黏度： 由 查得82.5Dt C，0.32Pa sAM0.33Pa sBM0.958 0.320.042 0.330.32LDmPa s M進料板液相平均黏度：由 查得96.7Ft C，0.25Pa sAM0.27Pa sBM0.37 0.250.63 0.270.263LFmmPa s 精餾段液相平均黏度：0.3200.2630.29122LDmLFmL

24、mPa s M3.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計算精餾塔的塔體工藝尺寸計算3.5.1 塔徑的計算塔徑的計算(1) 最大空塔氣速和空塔氣速 最大空塔氣速計算公式 VVLCumax精餾段氣、液相體積流率為,221.57 82.710.006336003600 804.3LmV LLmLMq3m /s,308.12 80.991.82236003600 3.804VmV VVmVMq3m /s由 關聯(lián)圖查，其中橫坐標為BRSmith.,20C1 21 2,0.0063804.30.0501.8223.804V LLmV VVmqq取板間距，板上液層高度，那么m45. 0THm05. 0Lh4 . 005

25、. 045. 0LThH）（m查?化工原理課程設計?圖 3-3得，那么 086. 020C0.20.22020.420.0860.0862020LmCC max804.33.8040.0861.2483.804LVVuCm/s空塔氣速，取平安系數(shù)為，那么max)8 . 06 . 0(uu max0.60.6 1.2480.75uum/s2 塔徑,44 1.8221.7593.14 0.75V VqDum按標準化圓整取 。1800mmD 塔截面積為 223.141.82.54544TAD2m實際空塔氣速為 ,1.8220.722.545V VTquAm/s3.5.2 精餾塔有效高度的計算精餾塔有

26、效高度的計算精餾段有效高度 ,(1)(15 1) 0.456.3TpZNH精精）（m提餾段有效高度 ,(1)(13 1) 0.455.4TpZNH提提）（m在進料板、精餾段和提餾段各開一個人孔，有人孔處板間距均為，故精餾塔的有效高度0.8 36.35.40.8 314.1ZZZ提精m塔體總高度計算公式 BFTTpDHHSHHSNHH)2(式中 塔頂空間高度，通常取，m；DHTH)0 . 25 . 1 (塔底空間高度，m；BH塔板間距，m；TH開有人孔的塔板間距，m；TH進料板處空間高度，m；FH實際塔板數(shù)，個；pN人孔數(shù)目不包括塔頂空間和塔底空間的人孔 ，個。S3.6 塔板主要工藝尺寸的計算塔

27、板主要工藝尺寸的計算3.6.1 溢流裝置計算溢流裝置計算單流型是最簡單也是最常用的一種液流型式，此種液流方式液體流徑較長，塔板效率較高，塔板結構簡單，加工方便，廣泛應用于直徑以下的塔中，本次結構設計選用單溢流弓形降液管，凹型受液盤。各項工藝尺寸計算如下：1堰長 單溢流堰長取 那么WlWlD)8 . 06 . 0(0.70.7 1.81.26WlD）（m2堰高 堰高計算公式 WhwLWhhh0選用平直堰，堰上液層高度計算公式 wh032,0100084. 2WLVwlqEh查液流收縮系數(shù)見附圖 2,其中橫坐標 E2.52.50.0063 360012.73( )(1.26)wLlRlwxAaDW

28、sAfAfWcWstWd7 . 066. 0DlW 附圖附圖 2 2堰長，m； 塔徑，m； 液相流量，WlDLh/m3根據(jù)設計經(jīng)驗，為使引起誤差滿足工程設計要求近似取，那么0 . 1E2 32 3,02.842.840.0063 36001.00.02100010001.26V LwWqhEl）（m堰高為 00.050.020.03WLwhhh）（m3弓形降液管寬度及截面積dWfA塔板布置及主要參數(shù)見附圖 3查附圖 4，其中,7 . 066. 0DlW，。0.15dWD0.085fTAA0.150.15 1.80.27dWD）（m 0.0850.085 2.5450.216fTAA）（2m驗算

29、液體在降液管中停留時間 附圖附圖 3 30.10.080.060.050.040.030.020.010.40.50.60.70.80.91.00.20.30.40.5Wd/DAf/ATlw/D ,36003600 0.216 0.450.0063 360015.43sfTV LA Hq5s故降液管設計合理。4降液管底隙高度 0h計算公式取，那么00.25m/su ,003600 0.00630.0236003600 1.26 0.25V LWqhl um 范圍內(nèi)，0.030.020.01mWohh 該值在，故降液管隙高度設計合理。 附圖附圖 4 46 12mm3.6.2 塔板布置及浮閥數(shù)目與

30、排列塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 浮閥的型式多樣，目前應用最廣泛的是 F1 型，其結構簡單，制造方便，性能好，省材料，對于工業(yè)生產(chǎn)的浮閥塔，當板上所有閥剛開始全開時，閥孔動能因數(shù)在之間，9 12取，那么孔速為 100F00106.153.804VmFu）（s/m每層塔板上的浮閥數(shù)為,22001.8222483.140.0396.1544V VqNd u取邊緣區(qū)寬度，泡沫區(qū)。 m06. 0cW0.08msW 鼓泡區(qū)面積計算公式 附圖附圖 5 5,003600V LWqhl u2221a2sin180 xAx RxRR75tt 1.80.060.8422cDRW1.8()(0.270.08)0.552

31、2dsDxWWm2221a222122sin1800.5520.550.840.550.84sin1.706m1800.84xAx RxRR浮閥排列方式采用等邊三角形叉排，見附圖 5 。取同一橫排的孔心距，那么m075. 0mm75t a1.70671mm248 0.075AtNt取常用值。m08. 0t按，以等腰三角形叉排方式作圖見附圖 6，得實際浮閥數(shù)0.075mt m075. 0t個，見附圖 7。283N 附圖附圖 6 6 附圖附圖 7 7按重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)：283N ,02201.8225.393.140.03928344V Vqud N）（s/m005.393.80410.

32、51VmFu閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在范圍內(nèi)，故設計合理。129塔板開孔率在范圍內(nèi)10% 14%000000.7210013.45.39uu3.7 塔板流體力學驗算塔板流體力學驗算3.7.1 氣相通過浮閥塔板的壓降氣相通過浮閥塔板的壓降 塔板壓降計算公式 hhhhlcp1干板阻力 ch臨界孔速 11.82511.825073.173.15.053.804cVmum/s因，那么干板壓降為cuu002205.393.8045.345.340.0522 9.81804.3VmcLmuhgm2板上充氣液層阻力 lh查附圖 7，其中橫坐標，42.100F得充氣系數(shù)，那么板上充氣液層阻力為 00.4500

33、.45 0.050.0225lLhhm式中，塔板上清液層高度；lh 充氣系數(shù)； 00.80.401.21.62.02.42.80.50.60.70.80.91.00F0附圖附圖 8充氣系數(shù)反映板上液層的充氣程度，通常取。當液相為水溶液時，0.5 0.6，當液相為油時，故取00.500.4 0.500.453克服外表張力所造成的阻力 h閥塔很小可忽略不計，故氣體流經(jīng)一層h浮閥塔板的壓降相當?shù)囊褐叨葹?0.050.02250.0625pclhhhm單板壓降 p0.0625 804.3 9.81493.1pLmphgPa一般浮閥塔壓降比篩板塔大，對常壓塔和加壓塔，每層浮閥塔板壓降為，265 530

34、Pa故設計合理。3.7.2 淹塔淹塔為防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中液層高度。)(WTdhHH計算公式 dHdLdhhhHp1與氣體通過塔板壓降相當?shù)囊褐叨取?.0625mph 1液體通過降液管的壓頭損失，不設進口堰那么dh22,00.00630.1530.1530.00961.26 0.02V LdWqhl hm3板上清液層高度 取，那么 m05. 0Lh p0.06250.050.00960.122dLdHhhhm取，5 . 0m45. 0TH0.02mWh 那么 ()0.5 (0.450.02)0.24TWHhm因為 ，故符合防止淹塔設計要求。0.12m()0.245mdTWHH

35、h3.7.3 霧沫夾帶霧沫夾帶泛點率計算公式 1F00,110036. 1bFLLVVmLmVmVVAKCZqqF 00,110078. 0TFVmLmVmVVAKCqF板上液體流經(jīng)長度 20.92 0.271.260LdZDW m板上液流面積 22.5452 0.2162.113bTfAAA m物系系數(shù)見附表 3。 0.010.040.10.41.04.01020401000.050.10.15板 間 距1.20m0.910m0.610m0.300m0.450mCFV/（kg/m3）表表 3 3 物系系數(shù)物系系數(shù)系統(tǒng)K系統(tǒng)K無泡沫正常系統(tǒng)氧化物中等發(fā)泡多泡系統(tǒng)嚴重起泡形成穩(wěn)定泡沫 按無泡沫正

36、常系統(tǒng)取。0 . 1K查泛點負荷圖，見附圖 8，其中橫坐標33.97kg / mVVm附圖附圖 9 9查得。0.125FC 按式計算，即,00100001.361003.801.8223.801.36 0.0063 1.260804.32.9210051.61.0 0.125 2.113VmV VV LLLmVmFbqqZFKC A按式計算，即,00000013.801.8223.80804.32.9210010050.60.780.78 1.0 0.125 2.545VmV VLmVmFTqFKC A兩式計算出的泛點率都在 80以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足的設計要求。汽液 kg/kg1 .

37、 0Ve3.8 塔板負荷性能圖塔板負荷性能圖3.8.1 霧沫夾帶線霧沫夾帶線按按式計算，其中泛點率取，即00180F,3.801.361.36 1.26804.33.800.81.0 0.125 2.113VmV VV LLV VV LLmVmFbqqZqqKC A整理得 1,24.63V VV Lqq 霧沫夾帶線是一條直線，在操作范圍內(nèi)任取兩個值，依1式求出相應的LVq,值列于附表 4 中。VVq, 附表附表 4 4 霧沫夾帶線數(shù)據(jù)霧沫夾帶線數(shù)據(jù)）（s/m/3,LVq）（s/m/3,VVq3.8.2 液泛線液泛線 由確定液泛線。式中很小dwWlcdLpWThhhhhhhhhhH0)(h忽略不

38、計，那么20,32,020153. 0100084. 2)1 (234. 5)(hlqlqEhguhHwLVwLVWLmVmWT物系及塔板結構尺寸一定，那么、及等均THwh0hwlVmLm0為定值，且 式中和亦為定值。NdquVV20,040dN整理得： 2222 3,0.0112410.00350.2V VV LV Lqqq 在操作范圍內(nèi)任取假設干個值，依2式求得相應的值列于附表 5 中。LVq,VVq, 附表附表 5 5 液泛線數(shù)據(jù)液泛線數(shù)據(jù)）（s/m/3,LVq）（s/m/3,VVq3.8.3 液相負荷上限線液相負荷上限線液體的最大流量應保證在降液管中停留時間不低于，即s53,36003

39、 5sfTV LA Hq求出上限液體流量值常數(shù) ，圖上，液相負荷上限線為與氣體流量LVq,VVq,LVq,無關的豎直線。VVq,以作為液體在降液管中停留時間的下限，那么s5 3,max0.216 0.450.0255fTV LA Hq3m /s3.8.4 漏液線漏液線對于 F1 型重閥，依計算，那么 500VmuFVmu50又知 ，020,4NudqVV以作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，那么氣相負荷下限值為 50F 422,00min3.1450.0392830.87443.79V Vqd Nu3m /s3.8.5 液相負荷下限線液相負荷下限線取堰上液層高度作為液相負荷下限條件，計算公式為m006

40、. 00wh006. 0360010002.8432min,wLVlqE取，那么0 . 1E 53 2,min0.006 10001.260.00112.84 1.03600V Lq3m /s根據(jù)附表四、附表五及式可分別作出塔板負荷性能圖上的共五條線，）（）（53見附圖 10。附圖附圖 1010由塔板負荷性能圖可以看出： 在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點 A設計點處在適宜操作區(qū)域的適中位置。 塔板的氣相負荷上限完全由霧沫夾帶控制。 按照固定的液氣比，由附圖 10 查出塔板的氣相負荷上限，3,max2.95m /sV Vq氣相負荷下限。那么操作彈性為 3,min0.87m /sV Vq,max,m

41、in2.953.390.87V VV Vqq3.9 計算結果匯總計算結果匯總附表附表 6 6 浮閥塔板工藝設計結果浮閥塔板工藝設計結果工程數(shù)值及說明備注塔徑m/D板間距m/TH塔板型式單溢流弓形降液管整塊式塔板空塔氣速）（s /m/u堰長m/wl堰高m/wh板上液層高度m/Lh降液管底隙高度m/0h浮閥數(shù)/個N283等邊三角形叉排閥孔氣速）（s/m/0u閥孔動能因數(shù)0F臨界閥孔氣速）（s/m/0cu孔心距m/ t同一橫排的孔心距排間距m/t相鄰兩橫排的中心線距離單板壓降Pa/pp液體在降液管內(nèi)停留時間s /降液管內(nèi)清夜層高度m/dH泛點率/%52.1%氣相負荷上限）（s/m/3max,VVq霧

42、沫夾帶控制氣相負荷下限）（s/m/3max,VVq漏液控制操作彈性第四章 精餾塔機械設計4.1 選材選材由于容器設計壓力，鋼板使用溫度350,用途用于殼體，厚度不大于 20mm,使用毒性程度滿足 Q235-B 要求，以強度設計為主，依次選用 Q235、20R、16MnR，根據(jù)本次設計要求，由參考文獻8，優(yōu)先選用 20R 作為筒體材料，其設計溫度下的許用應力=123MPa, 其試驗溫度下的 = 133MPa，裙座材料選擇 Q235-B，其t245sMPa許用應力 =105MPa, =113MPa，。t235sMPa51.9 10EMPa4.2 塔器壁厚及質量計算塔器壁厚及質量計算4.2.1 塔器

43、壁厚計算塔器壁厚計算由參考文獻8，圓筒壁厚 =，2 citcPDP封頭壁厚 ： =， 故計算如下：2 0.5cicPDP直徑=1800，設厚度為 616 ，材料許用壓力 =133MPa，那么：iDmmmmt圓筒： = 2 citcPDP0.15 18002 133 0.850.15mm由 GB150 查得：雙面焊對接接頭，局部無損檢測85. 0厚度附加量 C= C + C ；C =1；C =2；121mm2mm圓筒的設計厚度： + Cd2mm名義厚度： + Cnd1mm圓整得 6mm,取厚度 12mm。有效厚度： =-C -C =122-1=9en12mm滿足厚度 616，所以符合要求。mm由

44、 GB150 查得：為標準封頭取=1，K封頭： = 02 0.5cicPD KP0.15 1800 12 133 0.850.5 0.15mm+ C hdh2mm+ C hnhd1mm圓整得 6，取 12。mmmm有效厚度 ，滿足厚度 616，符合要求。921CChnhemmmm由參考文獻8知，=1mm,=2mm,故封頭厚度為 12mm ,圓筒厚度為 12mm。 1C2C裙座的名義厚度：，有效厚度，滿足厚度 61612nsmm1239esnsCmm，所以符合要求。mm4.2.2 塔的質量計算塔的質量計算1、塔高的估算工藝計算中我們知道，實際板數(shù)，根據(jù)后續(xù)設計可確=15Z =13Z提精塊，塊28

45、PN 塊定以下尺寸。因為精餾段和提餾段塔板間距，那么塔的有效高度： 0.4THm0(282) 0.4=10.4mZ 設釜液在釜內(nèi)停留時間為，查表得排出釜液流量為，液相密度20min11947.46/kg h為，那么釜液的高度為：3809.85/kg m22.4/4 11947.46/(3 809.85 3.14 1.8 )1.933hv vZqDm 取=2mZ將進料所在板間距增至，一般每 6-8 層塔板設一人孔安裝、檢修用 ，需700mm經(jīng)常清洗時每隔 3-4 層塊塔板處設一人孔，設人孔處的板間距等于或大于 600mm，人孔所在板的板間距增至。根據(jù)此塔實際情況，人孔設 5 個。800mm此外再

46、考慮塔頂端及釜液上方的氣液別離空間高度均取，裙座取，那么各1.5m4m段高度之和為 H1.5(2825) 0.455 0.8 1.52423.15Hm (1)圓筒的質量塔體圓筒總高度;023.1540.450.218.5Hm 22104oimDDH鋼 2231.8241.818.5 7.85 109915.414kg2封頭質量查得壁厚 12的橢圓形風頭的質量為 357，1800,DNmmmmkg2357 2714mkg3裙座質量 因為圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟合理，一般常選用圓筒形裙座 1 ,NDm 。其參數(shù)為，按圓筒計算/12.330NHD 1.824 ,1.8omoiDm Dm2234omo

47、iSmDDH鋼 223=1.8241.83 7.85 102143.874kg 011239915.41 7142143.8712773.28mmmmkg4人孔、法蘭、接管與附屬物質量10.250.25 12773.283193.32aommkg5塔內(nèi)構件質量：由表查得篩板塔盤單位質量為。265/kg m2202651.828 654628.9944iPmD Nkg6保溫層質量取保溫層厚度 100，保溫材料 300kg/2m，它將包住整個塔體，所以保溫層厚度mm為 100時重量為mm為封頭保溫層質量03m220302(2)()4osomDDHh 221.8242 0.11.824(23.15

48、3004)44193.31kg 7平臺、附體質量2204=+2+220.5+q4osoSpFFmDBDnqH 式中221.8242 0.12 0.9(1.8242 0.1)0.5 5 15040 23.1542294.26kg 為平臺單位質量，為，為，為籠式扶梯單位質量,pq2150/kg mFH 為扶梯高度Fq40/kg m為平臺數(shù)量。n8操作時塔內(nèi)物料質量2205=+V44iLPLioLfLmD h ND h 221.80.05 28 809.851.82 809.850.865 809.85447703.44kg 封頭容積，塔釜深度。3=0.865fVm=2ohm9充水質量20=24wi

49、WfWmD HV2=1.818.5 1000+2 0.865 10004=48782.9kg10全塔操作質量=+0m01m02m03m04m05mam 12773.28 4628.99 4193.31 2294.26 7703.44 3193.3234786.6kg塔器最大質量max01020304oVammmmmmm005wmmm 34786.67703.4448986.3776069.53kg塔器最小質量min010203040.2ammmmmm 12773.280.2 4628.994193.312294.263193.2223379.87kg表表 7 7 各塔段質量各塔段質量/kg塔

50、段 號工程123456kg01m5361429kg02m-kg03m-kg04m4080kg05m-721kgm134670670670569kg0m71011460kgmaxm710kgminm710塔段長度100030005000500050004150/mm 4.3 塔體強度與穩(wěn)定性校核塔體強度與穩(wěn)定性校核4.3.1 塔的根本自振周期計算塔的根本自振周期計算因為，所以不必考慮高振型影響。那么塔的根本自振周期由2315012.3151800iHD下式計算： 301390.3310eim HTHES D35334786.6 2315090.33 23150101.9 109 1800 0.5

51、5s塔的第二振型自振周期近視?。?20.550.0966TTs塔的第三振型自振周期近視?。?30.550.031818TTs4.3.2 地震載荷計算地震載荷計算1、地震影響系數(shù)一階振型地震影響系數(shù):查表得: 設防震烈度為 7 度，設計根本地震加速度為0.08masx表表 8 8：對應于設防烈度：對應于設防烈度值值max設防烈度789設計根本地震加速度地震影響系數(shù)最大值max查下表得: 類場地土，第二組0.4gTs表表 9： 各類場地土的特征周期值各類場地土的特征周期值 Tg/s場地土類別設計地震分組IIIIIIIV第一組第二組第三組取一階振型阻尼比10.01由公式得： 110.050.90.9

52、730.55r為水平地震力曲線的下降段的衰減指數(shù)。r由式得： 110.02(0.05) 80.025為直線下降段斜率的調整系數(shù)。1由式得： 1210.0511.5190.06 1.7 為水平地震力曲線的阻尼調整系數(shù)22、地震載荷和地震彎矩 0.9731max0.41.519 0.080.55rTgT2高振型地震載荷和地震彎矩將塔沿高度方形分成 6 段，每段連續(xù)分布的質量按質量靜力等效原那么分別集中于該段的兩端，端點處相鄰短的質量予以疊加，取塔的危險截面為裙座基 0-0 截面，裙座人孔處 1-1 截面，裙座與塔體焊縫處 2-2 截面，見圖 4-2 全塔分段簡圖。各階振型下，由各集重質量卻引起的水

53、平地震力及危險截面處的地震彎矩計算列于表 10。 1.51.51131nkiiikniiihmhmh0 0maxVVeqFm g式中，計算垂直地震力時，塔式容器的當量質量，取，eqm0.75eqomm垂直地震影響系數(shù)最大值，maxVmaxmax0.65V0 01(1,2,. )(m h )iiViVnkkkmhFFin1(i1,2,.n)nIIVVkFF k表表 1010 一階水平地震力及彎矩一階水平地震力及彎矩塔段號工程123456kmkg71011460ih mm500200055001050015500175751.5ih60.011 1060.089 1060.408 1061.076

54、 1061.930 1062.330 101.5iimh90.008 1091.020 1094.357 1097.061 10914.330 10912.873 103iimh108.875 10139.168 10151.777 10157.600 10172.765 10162.999 10A B 7/1.255 10A B939.649 10A 173.160 10B 1.51kkhA B11 1kkkgFmkkm h60.360 1072.292 1075.875 1076.890 1081.151 1079.711 10maxrmaxmax0.650.65 0.080.052V/e

55、qmkg0.750.75 33471.1225.103eqomm0 0/ NVF0 0max13053.77VVeqFm gF / NViF/ NIIV101057628 截面組合地震彎矩：0060 0116.927 500 112.423 2000480.677 5500797.307 10500 1618.545 15500 1454.064 17575EkkkMF h 80.62 10 (.)N mm截面組合地震彎矩：1 161 1812(h1000)0.57 10 (N.mm)EkkkMF截面組合地震彎矩：226813(h3000)0.49 10 (N.mm)IIIIEkkkMF4.3

56、.3 風載荷的計算風載荷的計算 將塔沿高度方向分成 6 段。1、風力計算1風振系數(shù)各計算塔短的風振系數(shù)，由公式求得并將結果列于下表中2ik21viziiikf 表表 1111 各塔段的風振系數(shù)各塔段的風振系數(shù)塔段號工程123456計算截面距地面高度itHm1481318脈動影響系數(shù)B 類iv脈動影響系數(shù)B 類 錦州風壓 10qq21 1435qT 20550qN m振型系數(shù)zi1風壓高度變化系數(shù)B 類if21viziiikf 2有效直徑，設籠式扶梯與塔頂管線成角，取平臺構件的投影面積eiD90，那么取下式計算值中較大者20.5AmeiD 342eioisiDDkk 422eioisiopsDD

57、kd式中，塔和管線的保溫層厚度，塔頂管線外徑，100simm380odmm,計算各塔段的結果列于下表342400,iAkmm kleiD表表 1212 各塔段的有效直徑各塔段的有效直徑塔段號工程123456塔段長度il1000300050005000500041503k40042iAkl00200200200241eiD2224222424242424242424653水平風力計算計算水平風力的公式為 ,各段有關參數(shù)及計算結果列于表 612010iii ieiPk k q f l DN13。2、風彎矩計算由式得： 12121122222iiiiiiiinWiiinillllMPPlPllPll

58、l對于截面：00 0 03512412131341235123422222WlllllMPPlP llPlllPllll 100030005000890.491798.1010006066.06100030002229500050008884.4410003000500012613.67100030005000 222415012451.82 (1000300050005000)20.51 10 (N.mm)表表 1313 各塔段水平風力計算結果各塔段水平風力計算結果塔段號工程123456il mm100030005000500050004150eiDmm2224222424242424242

59、424651k2ik20qN m550ifiP N對于截面：1 1 1 13552423242352346234522222WlllllMPP lPllPlllPllll3000500050001798.106066.0630008884.44300050002225000415012613.6730005000500012451.8230005000 322 670024020.0930008000 22 90.53 10N mm對于截面：222 2354343534222WlllMPPlPll 95000500050006066.068884.44500012613.675000 2222

60、415012451.82 (5000 3)20.45 10N mm 4.3.4 各種載荷引起的軸向應力各種載荷引起的軸向應力1、計算壓力引起的軸向拉應力110.15 18007.544 9ciePDMPa2、重量載荷引起的軸向壓應力2截面：000 00 00 000233471.12 9.86.363.14 1824 10sbisesmgmgMPaAD s 截面：1 11 11 102(33471.12710) 9.86.4649716.24smmgMPaA 式中，為裙座人孔處截面的截面積，由式smA 2smimesmmesmADbA.2mmmAl人孔 120mlmm450mbmm10mmm2